胰岛素的研发课件

胰岛素的研发胰岛素的研发胰岛素的研发内容胰岛素的结构差异与临床优势231胰岛素的历史

胰岛素的药物动力学诺和诺德：质量的保证、一体化的服务23生产工艺的差异与临床优势胰岛素的研发胰岛素的发现——证实胰腺损伤可导致糖尿病ThomasCanley(英)1788年——发现胰腺内具有分泌功能的细胞团Langerhans(德)1869年——证实胰腺细胞团产生降血糖物质Vonmering和Minkowski(德)1889-1893年——将胰腺细胞团命名为胰岛EdouardLaguesse(法)1893年——将胰岛分泌的降糖物质命名为胰岛素JeandeMeyer(比利时)1909年胰岛素的研发JamesBCollip(化学家)FrederickG.Banting(医生)

获1923年诺贝尔医学奖ChariesHBest(学生助理)J.J.RMacleod(生理学家)获1923年诺贝尔生理学奖1921年——从狗的胰脏提取了胰岛素并用于临床胰岛素的诞生为纪念四位科学家为糖尿病治疗做出的杰出贡献将班廷（Banting）医生的生日（11月14日）定为世界糖尿病日胰岛素的研发胰岛素初次在临床使用胰岛素治疗后胰岛素治疗前1922年1月1日，Banting和Best给14岁的糖尿病病人注射了胰腺提取物，使患者血糖下降至正常水平另一位糖尿病儿童则因之活至76岁胰岛素正式使用于临床胰岛素的研发胰岛素发展历程1923动物胰岛素1920193019401950196019701980199020001973单组分胰岛素1978人胰岛素1996胰岛素类似物1946NPH胰岛素1953长效胰岛素未来胰岛素胰岛素的研发胰岛素的结构差异与临床优势231胰岛素的历史胰岛素的药物动力学诺和诺德：质量的保证、一体化的服务23生产工艺的差异与临床优势内容胰岛素的研发胰岛素（mu/l）802508162408864时钟时间（小时）进餐葡萄糖胰岛素葡萄糖正常的胰岛素分泌与血糖水平的关系胰岛素的研发正常人胰腺分泌的胰岛素首先作用于肝脏胰岛素葡萄糖摄取肝糖产生脂肪沉积葡萄糖摄取肝脏是胰岛素作用的首要靶器官胰岛素的研发靶细胞组织储库降解循环胰岛素溶解解聚扩散抗体–结合自由胰岛素吸收分布作用给药饮食运动反调节降解肾脏排泄（1%）肌肉及脂肪10%-20%肾脏10%-20%肝脏60%-80%清除β细胞胰岛素制剂生物作用外源性人胰岛素的代谢情况胰岛素的研发影响吸收的主要因素：

胰岛素的交联状态胰岛素六聚体充分稀释、解聚成较小单位所需的时间胰岛素的种类、浓度、容量胰岛素剂量大，即容量大，则六聚体稀释、解聚所需的时间延长，使得胰岛素作用时间延长注射部位毛细血管密度、胰岛素的通透性10-310-410-510-8六聚体二聚体单体Zn2+

血液

克分子浓度

解聚

扩散毛细血管膜短效人胰岛素的吸收动力学胰岛素的研发806040200024681012血浆自由胰岛素（mu/l）胰岛素注射或食物摄取后的时间（小时）1型糖尿病，胰岛素皮下注射后的整体轮廓

非糖尿病范围（均值±1SD）皮下给药短效人胰岛素：

血浆胰岛素轮廓呈非正常生理状态餐后即时胰岛素水平不够高；餐后晚些时间内胰岛素回落慢，导致水平过高通过一些合乎逻辑的策略（如胰岛素类似物），在某些范围内，不恰当的血浆胰岛素整体轮廓及很大的变异性可以得到纠正胰岛素的研发皮下注射短效人胰岛素

与进餐之间的重要时间间隔当食物被摄入时，胰岛素达峰时间与血糖升高同步非常重要，因此注射时间尤为关键在进餐前30-60分钟注射短效人胰岛素，餐后血糖的漂移将会降低进餐即刻注射速效胰岛素类似物与餐前30分钟注射短效人胰岛素制剂可以获得相似甚至更好的血糖控制胰岛素的研发胰岛素的吸收在不同部位是不同的腹部最快、腿部最慢、臂部中不同种类胰岛素注射部位也应不同短效的应注射在吸收快的部位长效的可注射在吸收慢些的部位****************腹部臂腿100908070605040300306090120135初始记录的百分率125I胰岛素注射注册后时间（分钟）吸收的变异性胰岛素的研发胰岛素抗体的作用具有循环胰岛素储库的作用理论上，可能激发无法预料的低血糖的发生，但机率小胰岛素从血浆中的消失健康人：血浆中胰岛素寿命3-5分钟病理状态会影响胰岛素的清除率：如肝病、尿毒症等降解及排泄介导胰岛素降解的主要器官：肝脏（60%-80%）、肾脏（10-20%）、外周组织胰岛素清除：肝脏通过受体介导、肾脏通过肾小球及受体介导循环中的胰岛素动力学胰岛素的研发内源胰岛素首要靶器官是肝脏皮下注射后人胰岛素的交联状态，即从胰岛素六聚体充分稀释、解聚成较小单位所需的时间，是影响胰岛素吸收的主要因素人胰岛素注射剂量大则六聚体稀释、解聚所需的时间延长，使得胰岛素作用时间延长皮下注射短效人胰岛素，胰岛素水平呈非正常生理性水平，通过一些合乎逻辑的策略，在某些范围内，不恰当的血浆胰岛素整体轮廓及很大的变异性可以得到纠正不同注射部位胰岛素吸收速率不同小结胰岛素的研发胰岛素的结构差异与临床优势

231胰岛素的历史胰岛素的药物动力学诺和诺德：质量的保证、一体化的服务23生产工艺的差异与临床优势内容胰岛素的研发胰岛素的三维结构胰岛素六聚体的三维结构图用X线衍射法测出猪胰岛素晶体的立体结构为(中国，1971)：六个胰岛素分子和两个锌离子的胰岛素六聚体两个胰岛素分子形成二聚体，三个二聚体围绕着三重轴形成对称排列的六聚体作为胰岛素的储存形式，在胰岛素制剂注射到人体内也需要经过由六聚体解离为二聚体，再分解为单体释放入血液被利用的过程胰岛素的研发基因重组胰岛素胰岛素净化人胰岛素动物胰岛素胰岛素发展史上的第一次革命长效胰岛素获得生产资格胰岛素的研发人胰岛素的产生，降低了免疫源性胰岛素的两个肽链分别为21个氨基酸组成的A链和30个氨基酸组成的B链，氨基酸排列有种属差异人胰岛素的一级结构胰岛素的研发人胰岛素胰岛素类似物类似物胰岛素发展史上的第二次革命基因重组胰岛素胰岛素净化长效胰岛素获得生产资格胰岛素的研发生理胰岛素作用模式短效人胰岛素起效慢，峰值延迟，造成：需提前30分钟注射、餐后血糖控制欠佳、下一餐前低血糖短效人胰岛素中效人胰岛素（NPH）体内变异性大，有峰值，造成：容易出现低血糖NPH生理胰岛素作用模式:餐时相关的胰岛素峰值基础胰岛素目前人胰岛素制剂

不能很好模拟生理性胰岛素分泌预混人胰岛素可以模拟基础和餐时胰岛素分泌，但它具有短效人及中效人胰岛素的不足预混人胰岛素30R胰岛素的研发KaarsholmandLudvigsen.Receptor1995;5:1–8sA-chainB-chainA1B1A21B30sssssLightblue:residuespreservedinnaturally-occurringinsulinsRed:residuesinvolvedinreceptorbinding胰岛素分子修饰位点胰岛素的研发地特胰岛素去掉了B30的Thr，在B29连接了酰化的十四烷酸甘精胰岛素B链末端增加2个Arg，A21位置Gly取代Asp门冬胰岛素(诺和锐®）是Asp替代B28的Pro，使得分子间的聚合力降低ThrglyTyrPhePheGlyArgGluGlyValLeuTyrLeuAlaGluValLeuHisSerGlyCysLeuHisGlnAsnValPheB1A21B29A1AsnTyrAsnGluLeuGlnTyrLeuSerIleSerThrCysGlnGluValIleCysCysCysCysB28LysProProLysArgArgGlyB30Thr十四烷酸赖脯胰岛素——Pro和Lys相互换位而成AspKarsholm&Ludvigsen.Receptor1995;5:1-8.胰岛素类似物的化学结构胰岛素的研发基础胰岛素类似物速效胰岛素类似物不同的胰岛素类似物胰岛素的研发速效胰岛素类似物——门冬胰岛素(诺和锐

)

解离迅速诺和锐

产品说明书诺和灵®R产品说明书常规人胰岛素诺和锐

(门冬胰岛素）达峰时间:40–60分钟皮下组织达峰时间:90–150分钟毛细血管壁六聚体二聚体单体胰岛素的研发诺和锐®与人胰岛素：药代学与药效学血浆胰岛素（pmol/L）5004003000100200500100501502503504501502002503003504004505005506005004003000100200500600700100150200250300350400450500550600葡萄糖输注率（mg/min）时间（分钟）时间（分钟）诺和锐®人胰岛素MudaliarSRetal.DiabetesCare1999;22:1501-6诺和锐®高峰出现时间是在注射后50－60分钟，能够更好地控制餐后血糖快速回落到基线水平减少了下餐前低血糖发生的几率胰岛素的研发不同的胰岛素类似物基础胰岛素类似物速效胰岛素类似物胰岛素的研发理想的基础胰岛素治疗应该模拟生理性基础胰岛素的分泌长效、平稳，作用持续24小时，无峰值效应能够安全有效降低空腹血糖，尽量减小血糖波动胰岛素的研发促有丝分裂能力和遗传毒性必须至少与人胰岛素一样有丝分裂：是真核细胞分裂产生体细胞的过程；细胞通过该方式进行细胞增殖遗传毒性：是由化学物和辐射线等造成的，均为DNA损伤所致的一种突变，包括基因突变和染色体畸变

分子安全性低血糖的风险必须等于或低于人胰岛素代谢安全性胰岛素安全性包括的主要内容胰岛素的研发决定胰岛素分子安全性的因素

胰岛素

胰岛素受体代谢效应（例如：葡萄糖摄取）促有丝分裂效应（例如：细胞增殖）IGF-1受体在胰岛素受体上作用的持续时间与IGF-I受体结合的强度胰岛素的研发HansenBF,etal.Biochem.J.1996;315:271–9人胰岛素X10

解离缓慢解离快速

促有丝分裂能力弱

促有丝分裂能力强

从胰岛素受体的

缓慢解离增强了促有丝分裂能力促有丝分裂/代谢活性比值分离速率常数(Kd)%胰岛素的研发Kohnetal.LillyResearchLaboratories,Peptides2007;28:935–48andKurtzhalsPetal.Diabetes2000;49:999

0.60.40.20.0–0.2–0.4–0.6Log(细胞相对增殖力)Log(相对IGF-1R亲和力)人胰岛素–0.4–0.20.00.20.40.60.80.8体外细胞增殖试验提示:

高IGF-1R亲和力与细胞增殖有关胰岛素的研发研发胰岛素类似物的方法：

-选择性修饰胰岛素的化学结构以保留结构-功能特性X10赖谷胰岛素赖脯胰岛素甘精胰岛素赖谷胰岛素门冬胰岛素甘精胰岛素地特胰岛素KE胰岛素的研发

胰岛素受体亲和力：增加2倍IGF-1受体亲和力：增加6倍致有丝分裂强度：增加10倍在雌性SD大鼠的52周研究中呈剂量依赖性致肿瘤作用sA1B1A21B30sssssDX10X10的教训：

单个氨基酸替代的效应胰岛素的研发IGF-1受体亲和力胰岛素受体解离速率促有丝分裂能力人胰岛素=100=100=100X1058714975门冬胰岛素818158赖脯胰岛素15610066甘精胰岛素641152783地特胰岛素1620411KurtzhalsP,etal.Diabetes2000;49:999各种胰岛素类似物间与IR和IGF-1R结合的比较胰岛素的研发基础胰岛素类似物

——诺和平®胰岛素的研发中性澄清液PH=7.4Capillarymembrane6聚体的稳定性双6聚体的形成白蛋白的结合稀释Capillaryblood皮下组织

2聚体10–5M6聚体10–3M单体10–8M地特胰岛素在血液中血浆白蛋白结合诺和平®的长效作用机制胰岛素的研发主要延迟作用六聚体自身聚合脂肪酸侧链与白蛋白结合没有进一步的延迟作用与受体结合次要延迟作用白蛋白结合缓冲吸收变异性PetersonGEetal.CurrMedResOpin.2006;22(12):2613-9.皮下组织沉积血液循环组织间液诺和平®长效机制——

通过与白蛋白结合延迟和缓冲作用胰岛素的研发Kleinetal.DiabObesMetab2007;9:290–9Heiseetal.Diabetes2004;53:1614–20时间(h)02468101214161820222400.51.01.52.02.5葡萄糖输注率(mg/kg/min)0.4U/kg诺和平甘精胰岛素0.8U/kg2型糖尿病葡萄糖输注率(mg/kg/min)02468101214161820222400.51.01.52.02.50.4U/kg诺和平NPH1型糖尿病诺和平®的药效学——

作用曲线平稳，重复性好

胰岛素的研发HeiseTetal.Diabetes2004;53:1614–20.p<0.001forallcomparisonsofAUCN=54T1DMGIR(mg/kg/min)ElapsedTime(hours)NPHGlarDete100%80%60%40%20%0%68％48％27％1型糖尿病患者中，地特胰岛素与甘精胰岛素和NPH相比，具有更小的个体内变异胰岛素的研发人胰岛素胰岛素类似物胰岛素发展史上的第三次革命？口服胰岛素或者还有…长效胰岛素胰岛素净化基因重组胰岛素类似物获得生产资格胰岛素的研发非注射给药:口服胰岛素?胰岛素的研发口服蛋白质和多肽类药物的挑战被酸水解粘液/粘膜/通透性/屏障被酶降解被粘液酶降解被胰酶降解pH变化食物影响通行时间变异吸收胰岛素的研发胰岛素类似物对糜蛋白酶的

蛋白分解的稳定性HIAnalogue1Analogue2Analogue3Time(min)at37℃0204060Intactinsulin(%)020406080100120胰岛素的研发胰岛素分子中被酶降解的位点ssA-chainB-chainA1B1A21B30ssss酶的切点抗蛋白水解酶的胰岛素类似物胰岛素的研发葡萄糖介导的胰岛素Boronatebindscarbohydrates/polyolswithmMaffinitiesBoronatePolyolInsulin硼酸盐-多元醇容量小，因此并不影响生物活性胰岛素的研发IR-A/IR-B特异性:

组织选择性的胰岛素类似物?IR-B是大鼠肝脏上主要的胰岛素受体异构体:Brain

EpididymalATMesentericATRetroperitonealATSubcutaneousATLiverKidneyHeartEDLSoleus0255075100IR-BIR-A%Relativeexpression胰岛素的研发小结人胰岛素解决了动物胰岛素的免疫原性问题：

使之降低胰岛素类似物更加模拟生理性胰岛素分泌，从而解决了外源性人胰岛素非正常生理性的问题作为速效胰岛素类似物，诺和锐®可餐前立即注射，进而带给患者更好地疗效及就餐方便性作为基础胰岛素类似物，诺和平®更加理想，有效控制血糖的同时，安全性更高，包括低血糖降低及分子安全性未来的胰岛素类似物将更加模拟生理，同时有望根本解决注射问题胰岛素的研发内容胰岛素的结构差异与临床优势231胰岛素的历史胰岛素的药物动力学诺和诺德：质量的保证、一体化的服务23生产工艺的差异与临床优势

胰岛素的研发生物制剂非常复杂的生产过程，

且每个过程都很独特DNA载体

克隆进入DNA载体大量发酵下游形成制剂

转染进入宿主细胞，表达如酵母菌、大肠杆菌或哺乳动物细胞同样的氨基酸

–可能是同样的基因序列(也许)不同的DNA载体不同的重组细胞系不同的发酵过程不同的纯化方案不同的过程中控制不同的制剂胰岛素的研发生物药品复杂的生产过程会

影响产品质量RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410生物药品的生产过程非常复杂，需要上百步的分离纯化步骤侧链的错误连接蛋白质链的错误折叠引起分子的三级、四级结构改变组成分子的氨基酸的氧化形式不同生产过程的细小变化即可带来生物药品的分子结构改变改变了原研产品的分子结构——疗效及安全性不同：宿主细胞及生产原料在产品中留下不同的杂质与原研产品纯度不同——免疫原性不同因此生产出与原研产品完全一样的生物仿制品是不可能的胰岛素的研发RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410使用完全不同的产品生产过程，生物仿制药物的生产厂商仅仅能够制造出与原产品“相似的”但并非完全一致的同分子结构产品虽然在大小和结构上相似，但是两者在生物学活性上可能有着很大的不同胰岛素的研发生物仿制品与化学仿制品差别较大化学药品简单的化学成分简单的生产过程一致的、稳定的结构生物原研药品大分子、活体产生、复杂复杂的生产过程生产过程影响分子结构及生物学活性复制化学仿制品完全相同完全相同的生物学活性主要的问题是如何进入血循环药代动力学研究即可审批生物仿制品相似，但不完全相同生物学活性不确定问题在于进入血循环后会发挥何种作用(疗效？副作用？)药代动力学研究解决不了该问题小分子药物生物药品大分子生物药品体积阿司匹林21原子生长激素3000原子IgG抗体25000原子复杂度自行车20磅汽车3000磅F-16喷气式飞机25000磅MichałNowicki.KidneyBloodPressRes2007;30:267–272胰岛素的研发EMEA强调了生产过程的重要性EMEA.Guidelinessimilarbiologicalmedicinalproducts.oneuropa.eu/pdfs/human/biosimilar/043704en.pdf考虑到生物仿制药物是完全不同于原研药物的事实“应当认识到，从定义上来讲，生物仿制药物并不是原研专利药物，因为不同厂家生产的生物仿制药之间或与原研药之间仍存在微小的差别，这些差别也许要经过更多的使用经验后才会变得明显…”胰岛素的研发对于结构更加复杂的具有潜在免疫安全问题的蛋白质分子来说，患者及医生应当意识到具有相似组成的蛋白质分子也许实际上是不可互换的，这一点非常重要。尽管有着相似的分子结构，不同的大分子蛋白质产品在人体中有着不同的作用，由一种替换为另一种可能导致严重的健康问题，如产生病理免疫反应美国FDA认识到生物仿制药物

问题的严重性胰岛素的研发欧洲至今没有批复任何人胰岛素

生物仿制品药品名参照药物批复结果批复时间Marvel短效人胰岛素优泌林®R撤回2008年1月Marvel中效人胰岛素优泌林®N撤回2008年1月Marvel预混人胰岛素30/70优泌林®30/70撤回2008年1月Source:EuropeanPublicAssessmentReport注：目前欧洲仅上市原研胰岛素产品诺和灵®及优泌林®胰岛素的研发未批复Marvel胰岛素的原因：

中效和预混的药效动力学出现偏差Source:EuropeanPublicAssessmentReport用批间变异性可解释这一显著的差异批间变异大——导致临床使用的安全性问题中效预混-1101112131415161718190123456789102345输注率（mg/min/kg）时间（小时）-1101112131415161718190123456789时间（小时）0.00.30.60.91.21.51.820优泌林®Marvel胰岛素胰岛素的研发RogerSD,MikhailA.JPharrmPharmaceutSci;2007;10(3):405-410生产工艺的差异与临床优势密切相关生物仿制药应用不同的生产过程，其质量、安全性、有效性与原研产品有很大不同患者由一种生物制品转为使用另外一种相似的但并非“完全一致”的生物制品可能会产生严重后果，医生在考虑处方生物仿制品或用生物仿制品替换原研药品时一定要慎重小结胰岛素的研发内容胰岛素的结构差异与临床优势231胰岛素的历史胰岛素的药物动力学诺和诺德：质量的保证、一体化的服务23生产工艺的差异与临床优势胰岛素的研发促成了“诺德”和“诺和”两家胰岛素制造企业的诞生。在此后65年这两家公司公司一直运用国际最前沿的生物研究方法，不断推陈出新，双双成为这一领域的先驱。1989年，“诺德”和“诺和”两家公司决定合并重组，成立了诺和诺德公司胰岛素的诞生：

促成诺和诺德公司成立AugustKrogh是哥本哈根大学的教授

1920年因发现毛细血管机制而获得诺贝尔奖krogh太太本人就患有糖尿病。1922年Krogh携太太前往美国讲学，在途中不断听到“加拿大的Banting,Best与Macleod提取出了一种有望治疗糖尿病的物质”多伦多的会面1922年11月末前往多伦多拜访Macleod，并获得了在丹麦生产胰岛素的许可权胰岛素的研发诺和诺德：有着超